CN113375946B - 一种车辆的车身动态扭转和弯曲测试方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种车辆的车身动态扭转和弯曲测试方法和装置，测试方法包括：初始状态下，测量四个应变检测器的初始应变值和与每个应变检测器对应的初始位移值；静态下对车轮进行多次加载，并在每次加载后测量四个应变检测器的准静态应变值和与每个应变检测器对应的准静态位移值；针对每个应变检测器，根据初始应变值、初始位移值、多次加载后的准静态应变值和准静态位移值获得回归方程；在行驶状态下测量每个应变检测器的动态应变值；依据回归方程和动态应变值计算每个应变检测器的动态位移值；依据四个应变检测器的动态位移值计算车身的动态扭转载荷和动态弯曲载荷。本申请提高了测试的可靠性和可信度，对车身疲劳分析更具参考意义。

Description

一种车辆的车身动态扭转和弯曲测试方法及装置

技术领域

本申请涉及汽车技术领域，更具体地，涉及一种车辆的车身动态扭转和弯曲测试方法及装置。

背景技术

在使用过程中，汽车车身的受力型式主要体现为扭转和弯曲，扭转和弯曲载荷过大会造成车身开裂、断裂等失效现象，因此车身扭转和弯曲载荷是汽车车身疲劳分析的重要参数。

现有技术采用刚性平台、刚性悬架、加载架构和传感器等设备对白车身进行静态加载测量白车身的扭转刚度、截面扭转角等参数。

现有技术仅对白车身进行测量，但实际车辆在使用过程中包含了底盘系统、内外饰系统、电器系统等，因此测量条件与实际不符，测量结果无法准确反映真实状态。另外，白车身的扭转刚度、截面扭转角等参数为准静态下测得的，无法替代整车在行驶过程中的动态载荷，因此无法直接用于车身疲劳分析。

发明内容

本申请提供一种车辆的车身动态扭转和弯曲测试方法及装置，对整车实施测试，测量条件与实际使用条件相符，并且根据车身在动态行驶状态下的测量参数计算车身的扭转和弯曲载荷，表征精度高，提高了测试的可靠性和可信度，对车身疲劳分析更具参考意义。

本申请提供了一种车辆的车身动态扭转和弯曲测试方法，包括：初始状态下，测量四个应变检测器的初始应变值和与每个应变检测器对应的初始位移值，四个应变检测器分别安装在车辆的左前部、右前部、左后部和右后部的螺旋弹簧上，初始位移值为初始状态下与应变检测器对应的车身的第一检测点和车轮的第二检测点之间的距离；静态下对车轮进行多次加载，并在每次加载后测量四个应变检测器的准静态应变值和与每个应变检测器对应的准静态位移值；针对每个应变检测器，根据初始应变值、初始位移值、多次加载后的准静态应变值和准静态位移值获得回归方程；在行驶状态下测量每个应变检测器的动态应变值；依据回归方程和动态应变值计算每个应变检测器的动态位移值；依据四个应变检测器的动态位移值计算车身的动态扭转载荷和动态弯曲载荷。

优选地，车轮的第二检测点位于车轮的轮心。

优选地，车身的第一检测点为初始状态下第二检测点所在的车轮的轮眉与经过轮心并垂直于地面的直线之间的最低交点。

优选地，静态下对车轮进行加载包括：

将车辆停放在举升机上，使得四个车轮离开地面并固定车轮；

针对每个车轮，通过千斤顶对车轮进行加载，将车轮缓慢举起或缓慢放下。

优选地，通过线性拟合算法获得回归方程。

优选地，将应变检测器的动态应变值作为回归方程的自变量，并根据回归方程计算因变量，作为应变检测器的动态位移值。

优选地，将左前部的应变检测器的动态位移值与左后部的应变检测器的动态位移值之间的差值作为车身的左动态弯曲载荷；

和/或

将右前部的应变检测器的动态位移值与右后部的应变检测器的动态位移值之间的差值作为车身的右动态弯曲载荷。

优选地，将左前部的应变检测器的动态位移值与右前部的应变检测器的动态位移值之间的差值作为车身前轴扭转载荷；

和/或

将左后部的应变检测器的动态位移值与右后部的应变检测器的动态位移值之间的差值作为车身后轴扭转载荷。

本申请还提供一种车辆的车身动态扭转和弯曲测试装置，包括初始状态测量模块、静态测量模块、回归方程获得模块、动态测量模块、动态位移值计算模块以及动态扭转载荷和动态弯曲载荷计算模块；

初始状态测量模块用于初始状态下测量四个应变检测器的初始应变值和与每个应变检测器对应的初始位移值，四个应变检测器分别安装在车辆的左前部、右前部、左后部和右后部的螺旋弹簧上，初始位移值为初始状态下与应变检测器对应的车身的第一检测点和车轮的第二检测点之间的距离；

静态测量模块用于静态下对车轮进行多次加载，并在每次加载后测量四个应变检测器的准静态应变值和与每个应变检测器对应的准静态位移值；

回归方程获得模块用于针对每个应变检测器，根据初始应变值、初始位移值、多次加载后的准静态应变值和准静态位移值获得回归方程；

动态测量模块用于在行驶状态下测量每个应变检测器的动态应变值；

动态位移值计算模块用于依据回归方程和动态应变值计算每个应变检测器的动态位移值；

动态扭转载荷和动态弯曲载荷计算模块依据四个应变检测器的动态位移值计算车身的动态扭转载荷和动态弯曲载荷。

优选地，应变检测器包括主应变片和补偿应变片，主应变片和补偿应变片固定在螺旋弹簧的第三指定位置，并且主应变片的应变格栅和补偿应变片的应变格栅之间具有预定夹角；

主应变片和补偿应变片形成半桥电路。

通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本申请的实施例，并且连同其说明一起用于解释本申请的原理。

图1为本申请提供的车辆的结构图；

图2为本申请提供的螺旋弹簧的结构图；

图3为本申请提供的应变检测器的结构图；

图4为本申请提供的静态下的加载示意图；

图5为本申请提供的车辆的车身动态扭转和弯曲测试方法的流程图；

图6为本申请提供的车辆的车身动态扭转和弯曲测试装置的结构图。

图中标示如下：

1-车身 11-第一指定位置 2-车轮

21-第二指定位置 3-应变检测器 31-主应变片

32-补偿应变片 33-第一引线 34-第二引线

35-第三引线 36-第四引线 4-螺旋弹簧

41-第三指定位置 5-千斤顶

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

本申请提供了一种车辆的车身动态扭转和弯曲测试方法及装置，对整车实施测试，测量条件与实际使用条件相符，并且根据车身在动态行驶状态下的测量参数计算车身的扭转和弯曲载荷，表征精度高，提高了测试的可靠性和可信度，对车身疲劳分析更具参考意义。

如图1-3所示，本申请中，使用整车进行测试，该车辆包括车身1、四个车轮2以及车辆的其他系统。车辆上安装有用于测试的四个应变检测器3，该四个应变检测器3分别安装在车辆左前部、右前部、左后部和右后部的螺旋弹簧4(如图2所示)上，每个螺旋弹簧与一个车轮对应。

如图2所示，螺旋弹簧4的中间簧片上设有第三指定位置41，该第三指定位置41是将原簧片的弧形表面进行打磨获得的平整区域。如图3所示，应变检测器3包括主应变片31和补偿应变片32，主应变片31和补偿应变片32固定在螺旋弹簧4的第三指定位置41，并且主应变片31的应变格栅和补偿应变片32的应变格栅之间具有预定夹角，主应变片31和补偿应变片32形成半桥电路。

作为一个实施例，如图3所示，主应变片31的应变格栅与其所在的簧片的中心轴成45°夹角，补偿应变片32的应变格栅与其所在的簧片的中心轴成315°夹角。主应变片31和补偿应变片32通过胶水分别粘贴到第三指定位置41。主应变片31设有第一引线33和第二引线34，补偿应变片32设有第三引线35和第四引线36，第一引线33和第四引线36形成半桥电路的供电端，第二引线34和第三引线35形成半桥电路的输出端。

车身1的第一指定位置和与每个车轮2的第二指定位置上分别设有第一检测点和第二检测点。作为一个实施例，如图1所示，以左前部的车轮2为例，第二检测点21位于车轮的轮心。第一检测点11为初始状态下第二检测点21所在的车轮的轮眉与经过第二检测点并垂直于地面的直线之间的最低交点。

基于上述的结构，如图5所示，本申请提供的车辆的车身动态扭转和弯曲测试方法包括如下步骤：

S510：初始状态下，测量四个应变检测器的初始应变值和与每个应变检测器对应的初始位移值，初始位移值为初始状态下与应变检测器对应的车身的第一检测点和车轮的第二检测点之间的距离。

具体地，初始状态下，车辆停放在水平平直路面上，由此获得左前部、右前部、左后部、右后部应变检测器的初始应变值ε_LF0、ε_RF0、ε_LR0、ε_RR0。同时，记录与左前部、右前部、左后部、右后部应变检测器对应的第一检测点和第二检测点之间的初始位移值S_LF0、S_RF0、S_LR0、S_RR0。

S520：静态下对车轮进行多次加载，并在每次加载后测量四个应变检测器的准静态应变值和与每个应变检测器对应的准静态位移值。

具体地，首先，将车辆停放在举升机上，利用举升机将车辆提升升至四个车轮离开地面的状态，并通过举升机的锁止开关将车辆固定牢固。其次，针对每个车轮，如图4，通过千斤顶5对车轮进行多次加载，将车轮缓慢举起或缓慢放下，同时记录与该车轮对应的应变检测器的准静态应变值以及对应的第一检测点和第二检测点之间的准静态位移值。

由此，对于左前部的应变检测器，可获得准静态应变值集合ε_LF′＝{ε_LF1，ε_LF2……，ε_LFN}，准静态位移值集合S_LF′＝{S_LF1，S_LF2……，S_LFN}。其中，ε_LF1，ε_LF2……，ε_LFN为对左前部的车轮进行第1次至第N次加载时获得的准静态应变值，S_LF1，S_LF2……，S_LFN为对左前部的车轮进行第1次至第N次加载时获得的准静态位移值。

对于右前部的应变检测器，可获得准静态应变值集合ε_RF′＝{ε_RF1，ε_RF2......，ε_RFN}，准静态位移值集合S_RF′＝{S_RF1，S_RF2......，S_RFN}。其中，ε_RF1，ε_RF2……，ε_RFN为对右前部的车轮进行第1次至第N次加载时获得的准静态应变值，S_RF1，S_RF2……，S_RFN为对右前部的车轮进行第1次至第N次加载时获得的准静态位移值。

对于左后部的应变检测器，可获得准静态应变值集合ε_LR′＝{ε_LR1，ε_LR2......，ε_LRN}，准静态位移值集合S_LR′＝{S_LR1，S_LR2......，S_LRN}。其中，ε_LR1，ε_LR2......，ε_LRN为对左后部的车轮进行第1次至第N次加载时获得的准静态应变值，S_LR1，S_LR2……，S_LRN为对左后部的车轮进行第1次至第N次加载时获得的准静态位移值。

对于右后部的应变检测器，可获得准静态应变值集合ε_RR′＝{ε_RR1，ε_RR2......，ε_RRN}，准静态位移值集合S_RR′＝{S_RR1，S_RR2......，S_RRN}。其中，ε_RR1，ε_RR2……，ε_RRN为对右后部的车轮进行第1次至第N次加载时获得的准静态应变值，S_RR1，S_RR2……，S_RRN为对右后部的车轮进行第1次至第N次加载时获得的准静态位移值。

S530：针对每个应变检测器，根据初始应变值、初始位移值、多次加载后的准静态应变值和准静态位移值获得回归方程。

作为一个实施例，通过线性拟合算法获得回归方程。具体地，将初始应变值和准静态应变值集合中的元素作为线性拟合算法中的自变量，将初始位移和准静态位移集合中的元素作为线性拟合算法中的因变量进行拟合，进而获得四个应变检测器的回归方程：

S_LF＝a₁ε_LF+b₁ (1)

S_RF＝a₂ε_RF+b₂ (2)

S_LR＝a₃ε_LR+b₃ (3)

S_RR＝a₄ε_RR+b₄ (4)

其中，S_LF、S_RF、S_LR、S_RR分别为左前部、右前部、左后部、右后部应变检测器的实时位移值；ε_LF、ε_RF、ε_LR、ε_RR分别为左前部、右前部、左后部、右后部应变检测器的实时应变值，a₁、a₂、a₃、a₄、b₁、b₂、b₃、b₄分别为左前部、右前部、左后部、右后部应变检测器的回归方程的系数。

S540：在行驶状态下测量每个应变检测器的动态应变值。

具体地，在车辆行驶状态下测量四个应变检测器的实时应变值，分别作为左前部、右前部、左后部、右后部应变检测器的动态应变值ε_LFd、ε_RFd、ε_LRd、ε_RRd。

S550：依据回归方程和动态应变值计算每个应变检测器的动态位移值。

具体地，将应变检测器的动态应变值作为回归方程的自变量，并根据回归方程计算因变量，作为应变检测器的动态位移值，由此：

S_LFd＝a₁ε_LFd+b₁ (5)

S_RFd＝a₂ε_RFd+b₂ (6)

S_LRd＝a₃ε_LRd+b₃ (7)

S_RRd＝a₄ε_RRd+b₄ (8)

其中，S_LFd、S_RFd、S_LRd、S_RRd分别为左前部、右前部、左后部、右后部应变检测器的动态位移值。

S560：依据四个应变检测器的动态位移值计算车身的动态扭转载荷和动态弯曲载荷。

具体地，将左前部的应变检测器的动态位移值与左后部的应变检测器的动态位移值之间的差值作为车身的左动态弯曲载荷，即

S_LB＝S_LFd-S_LRd (9)

将右前部的应变检测器的动态位移值与右后部的应变检测器的动态位移值之间的差值作为车身的右动态弯曲载荷，即

S_RB＝S_RFd-S_RRd (10)

将左前部的应变检测器的动态位移值与右前部的应变检测器的动态位移值之间的差值作为车身前轴扭转载荷，即

S_FT＝S_LFd-S_RFd (11)

将左后部的应变检测器的动态位移值与右后部的应变检测器的动态位移值之间的差值作为车身后轴扭转载荷，即

S_FT＝S_LRd-S_RRd (12)

基于上述的结构和测试方法，本申请还提供了一种车辆的车身动态扭转和弯曲测试装置。如图6所示，车辆的车身动态扭转和弯曲测试装置包括初始状态测量模块610、静态测量模块620、回归方程获得模块630、动态测量模块640、动态位移值计算模块650以及动态扭转载荷和动态弯曲载荷计算模块660。

初始状态测量模块610用于初始状态下测量四个应变检测器的初始应变值和与每个应变检测器对应的初始位移值，四个应变检测器分别安装在车辆的左前部、右前部、左后部和右后部的螺旋弹簧上，初始位移值为初始状态下与应变检测器对应的车身的第一检测点和车轮的第二检测点之间的距离。

静态测量模块620用于静态下对车轮进行多次加载，并在每次加载后测量四个应变检测器的准静态应变值和与每个应变检测器对应的准静态位移值。

回归方程获得模块630用于针对每个应变检测器，根据初始应变值、初始位移值、多次加载后的准静态应变值和准静态位移值获得回归方程。

动态测量模块640用于在行驶状态下测量每个应变检测器的动态应变值。

动态位移值计算模块650用于依据回归方程和动态应变值计算每个应变检测器的动态位移值。

动态扭转载荷和动态弯曲载荷计算模块660依据四个应变检测器的动态位移值计算车身的动态扭转载荷和动态弯曲载荷。

虽然已经通过例子对本申请的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本申请的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本申请的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本申请的范围由所附权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种车辆的车身动态扭转和弯曲测试方法，其特征在于，包括：

初始状态下，测量四个应变检测器的初始应变值和与每个应变检测器对应的初始位移值，所述四个应变检测器分别安装在所述车辆的左前部、右前部、左后部和右后部的螺旋弹簧上，所述初始位移值为初始状态下与所述应变检测器对应的车身的第一检测点和车轮的第二检测点之间的距离；

静态下对所述车轮进行多次加载，并在每次加载后测量所述四个应变检测器的准静态应变值和与每个应变检测器对应的准静态位移值；

针对每个应变检测器，根据所述初始应变值、所述初始位移值、多次加载后的准静态应变值和准静态位移值获得回归方程；

在行驶状态下测量每个应变检测器的动态应变值；

依据所述回归方程和所述动态应变值计算每个应变检测器的动态位移值；

依据四个应变检测器的动态位移值计算所述车身的动态扭转载荷和动态弯曲载荷；

其中，所述车轮的第二检测点位于所述车轮的轮心；所述车身的第一检测点为初始状态下所述第二检测点所在的车轮的轮眉与经过所述轮心并垂直于地面的直线之间的最低交点。

2.根据权利要求1所述的车辆的车身动态扭转和弯曲测试方法，其特征在于，静态下对所述车轮进行加载包括：

将车辆停放在举升机上，使得四个车轮离开地面并固定所述车轮；

针对每个车轮，通过千斤顶对所述车轮进行加载，将所述车轮缓慢举起或缓慢放下。

3.根据权利要求2所述的车辆的车身动态扭转和弯曲测试方法，其特征在于，通过线性拟合算法获得所述回归方程。

4.根据权利要求1所述的车辆的车身动态扭转和弯曲测试方法，其特征在于，将所述应变检测器的动态应变值作为所述回归方程的自变量，并根据所述回归方程计算因变量，作为所述应变检测器的动态位移值。

5.根据权利要求1所述的车辆的车身动态扭转和弯曲测试方法，其特征在于，将左前部的应变检测器的动态位移值与左后部的应变检测器的动态位移值之间的差值作为所述车身的左动态弯曲载荷；

和/或

将右前部的应变检测器的动态位移值与右后部的应变检测器的动态位移值之间的差值作为所述车身的右动态弯曲载荷。

6.根据权利要求1所述的车辆的车身动态扭转和弯曲测试方法，其特征在于，将左前部的应变检测器的动态位移值与右前部的应变检测器的动态位移值之间的差值作为所述车身前轴扭转载荷；

和/或

将左后部的应变检测器的动态位移值与右后部的应变检测器的动态位移值之间的差值作为所述车身后轴扭转载荷。

7.一种车辆的车身动态扭转和弯曲测试装置，其特征在于，包括初始状态测量模块、静态测量模块、回归方程获得模块、动态测量模块、动态位移值计算模块以及动态扭转载荷和动态弯曲载荷计算模块；

初始状态测量模块用于初始状态下测量四个应变检测器的初始应变值和与每个应变检测器对应的初始位移值，所述四个应变检测器分别安装在所述车辆的左前部、右前部、左后部和右后部的螺旋弹簧上，所述初始位移值为初始状态下与所述应变检测器对应的车身的第一检测点和车轮的第二检测点之间的距离；其中，所述车轮的第二检测点位于所述车轮的轮心；所述车身的第一检测点为初始状态下所述第二检测点所在的车轮的轮眉与经过所述轮心并垂直于地面的直线之间的最低交点；

静态测量模块用于静态下对所述车轮进行多次加载，并在每次加载后测量所述四个应变检测器的准静态应变值和与每个应变检测器对应的准静态位移值；

回归方程获得模块用于针对每个应变检测器，根据所述初始应变值、所述初始位移值、多次加载后的准静态应变值和准静态位移值获得回归方程；

动态测量模块用于在行驶状态下测量每个应变检测器的动态应变值；

动态位移值计算模块用于依据所述回归方程和所述动态应变值计算每个应变检测器的动态位移值；

动态扭转载荷和动态弯曲载荷计算模块依据四个应变检测器的动态位移值计算所述车身的动态扭转载荷和动态弯曲载荷。

8.根据权利要求7所述的车辆的车身动态扭转和弯曲测试装置，其特征在于，所述应变检测器包括主应变片和补偿应变片，所述主应变片和所述补偿应变片固定在所述螺旋弹簧的第三指定位置，并且所述主应变片的应变格栅和所述补偿应变片的应变格栅之间具有预定夹角；

所述主应变片和所述补偿应变片形成半桥电路。